Ultrahurtig dynamik af topologisk materiale undersøgt under tryk

Et hold ledet af prof. Su Fuhai fra Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) under det kinesiske videnskabsakademi (CAS), sammen med forskere fra Aerospace Information Research Institute og Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research har undersøgte ikke-ligevægtselektron- og fonondynamikken af ​​den topologiske isolator Sb₂ Te₃ under tryk og udforskede den ultrahurtige fotofysik på tværs af de elektroniske topologiske og gitterstrukturovergange.

Relevante resultater er blevet offentliggjort i Physical Review B .

Ultrahurtig spektroskopi kan registrere udviklingen af ​​exciterede tilstande med femtosekund tidsopløsning og derefter give direkte adgang til den ultrahurtige dynamik, der involverer de varme elektroner, afkøling, kohærente fononer, elektron-fonon-koblinger osv. Trykmodulering ved hjælp af en diamantamboltcelle (DAC) giver en enkel og ren måde til løbende at justere gitteret og elektroniske strukturer i materialer, hvilket resulterer i forskellige faseovergange. I højtryksfasematerialer er trykinducerede elektrontopologiske overgange (ETT'er) uden gitterabruption ofte kritiske for termiske elektroniske egenskaber og superledningsevne. Det er dog stadig udfordrende at undersøge elektron-fonon-interaktionerne på ETT.

I dette arbejde undersøgte forskerne ved hjælp af femtosekund optisk pumpe-probe spektroskopi (OPPS) i kombination med DAC den ultrahurtige fotobærerdynamik i Sb₂ Te₃ , en af ​​prototypiske topologiske isolatorer.

OPPS blev brugt til at spore ikke-ligevægtsrelaksationerne af den varme elektron og kohærente akustiske fonon i tidsintervallet 100 picosekunder under hydrostatisk tryk op til 30 GPa. Understøttet af Raman-spektroskopi identificerede forskerne ETT- og halvleder-semimetal-overgangen omkring 3 GPa og 5 GPa fra trykafhængigheden af ​​fononvibrationer, afslapningstidskonstanter og kohærente fononer.

Spændende nok afslørede OPPS en hot phonon flaskehalseffekt ved lavt tryk, som viste sig at være effektivt undertrykt sammen med starten af ​​ETT. Dette fænomen blev fortolket i form af den bratte stigning i tilstandens tæthed og antallet af Fermi-lommer i henhold til de beregnede elektroniske strukturer og gitterstrukturer.

Ydermere fandt de ud af, at trykafhængigheden af ​​fotobærerdynamikken også nøjagtigt kunne afspejle gitterstrukturovergangene inklusive α-β og β-γ faseændringer, selv den blandede fase.

Dette arbejde udvikler ikke kun en ny forståelse af interaktionerne mellem elektron og gitter i Sb₂ Te₃ , men kan også give en impuls til at vurdere de trykinducerede topologiske faseovergange baseret på de ultrahurtige spektroskopier. + Udforsk yderligere

Forskere afslører faktorer, der påvirker elektron-fonon-kobling i FeSe under tryk